CMM - Macchine di misura a coordinate hanno fatto molta strada e hanno una storia interessante. Un tempo tutte le misure venivano effettuate con strumenti manuali, rendendo difficile ottenere coerenza e precisione. Tuttavia, dalle loro origini quasi 60 anni fa alle moderne CMM, hanno rivoluzionato il processo di controllo qualità. Oggi, grazie a queste tecnologie automatizzate, è possibile ottenere misure precise e accurate.
Attualmente vengono prodotte oltre 6.000 macchine di misura a coordinate all'anno. Questo numero cresce con il progredire della tecnologia. Le CMM avanzate che vediamo oggi sono state sviluppate grazie a numerose innovazioni e sono passate attraverso varie fasi di sviluppo. In questo articolo conoscerete la straordinaria storia delle CMM, la moderna tecnologia delle CMM e il suo impatto. Inoltre, discuteremo le sfide, i limiti e le prospettive future. Iniziamo.
Le origini della misurazione nella produzione
La produzione è sempre stata strettamente legata a misure precise. Molto tempo fa, nei primi tempi, anche le civiltà antiche utilizzavano diversi strumenti di misura. Gli scalpellini egiziani e gli architetti romani svilupparono corde calibrate e altri strumenti di misura standard per effettuare misurazioni precise. In seguito alla rivoluzione industriale, sono stati introdotti diversi altri strumenti manuali. Questi includono strumenti come i calibri Vernier e i micrometri. Tuttavia, questi strumenti richiedono una certa esperienza. Con il progredire dell'industria, la necessità di strumenti precisi ha portato all'introduzione della tecnologia CMM.
L'inizio della tecnologia delle CMM - La cronologia
60 anni fa - La nascita
La tecnologia delle CMM è nata con l'azienda britannica Ferranti. Si tratta dell'azienda che ha prodotto il primo computer commerciale al mondo. Questo evento risale a quasi 60 anni fa e rappresenta uno dei primi passi verso le CMM. La macchina utilizzava una configurazione a 2 assi. Veniva utilizzata per misurare con precisione componenti militari relativamente piccoli.
1959 - Esposizione internazionale di macchine utensili
In occasione dell'Esposizione Internazionale delle Macchine Utensili di Parigi, la CMM fece il suo debutto pubblico. Da allora, le CMM hanno rivoluzionato la precisione del controllo qualità in varie versioni.
1960 - Le prime macchine di misura a coordinate a 3 assi
Sebbene le macchine a 3 assi fossero ancora disponibili, non disponevano di letture digitali. Poi, 10 anni dopo, nel 1960, fu introdotta la prima CMM a 3 assi fissa. Veniva utilizzata per accedere alle coordinate spaziali degli oggetti. Ma era azionata manualmente, senza software, utilizzando sonde rigide. Chi l'abbia lanciata rimane un mistero, dato che due contendenti - Ferranti e DEA - sostengono di essere stati i primi. In quel periodo, anche grandi aziende di paesi come Giappone, Stati Uniti, Francia e Germania iniziarono a produrre strumenti di misura dimensionale, unendosi alla tendenza delle macchine. Erano disponibili in varie dimensioni e venivano utilizzate da aziende di tutto il mondo.
Dopo il 1970 - Il passaggio alle macchine di misura CNC
L'introduzione del CNC (Controllo Numerico Computerizzato) ha segnato una svolta significativa per l'industria manifatturiera. Dopo gli anni '70, si è passati da sistemi manuali a sistemi di controllo qualità automatizzati.
Ora gli operatori possono utilizzare il controllo numerico automatizzato per programmare e trasmettere istruzioni digitali. Potrebbero condurre ispezioni di routine per garantire risultati coerenti.
Avanzamenti delle CMM e delle misure dimensionali
Sonda a contatto
La sonda a resistenza cinematica, nota anche come trigger touch probe, è stata un'incredibile invenzione di Sir David McMurtry. Rilevava il contatto e consentiva un'escursione controllata, consentendo di acquisire punti precisi e ripetibili. È stata un'importante invenzione del 1972 che ha permesso all'aereo Concorde di soddisfare requisiti specifici. Questa invenzione ha portato alla misurazione 3D. Inoltre, ha reso possibili routine automatizzate e ripetibili nella produzione.
Sistemi 3D
Con l'invenzione della sonda a contatto, le prestazioni della classica CMM a 3 assi sono state migliorate. La sonda a contatto consente alla macchina di rilevare punti precisi su una superficie e di registrarne le coordinate XYZ. Questo ha reso la misura 3D più veloce, più precisa e più facile da automatizzare. La testa della sonda motorizzata riduceva il lavoro manuale. Fino al 1980 sono state introdotte ulteriori funzioni. Tra queste, i rack per il cambio di sonda e le sonde di scansione a prezzi accessibili.
Innovazioni hardware
Oltre ad altre innovazioni, è stato migliorato anche l'hardware della CMM con un design più rigido, più leggero e più resistente. Di conseguenza, la precisione è stata migliorata.
Inoltre, l'uso di bilance di misurazione è stata un'innovazione significativa, che ha migliorato la precisione della macchina in tutti gli ambienti. La base in granito è rimasta nel progetto.
Tuttavia, con il progresso, dato che dopo il 1980 sono state coinvolte grandi forze, i nuovi tipi di sonda richiedevano materiali più resistenti. Furono quindi introdotte le basi in carburo di silicio. Queste forniscono una struttura robusta e proprietà migliori.
Software di meteorologia
Negli anni '80 è stato introdotto il software metrologico basato su PC. Questo software utilizzava un numero maggiore di PC a basso costo, migliorando l'accuratezza della CMM. Inoltre, i costi di ispezione si sono ridotti. Wenzel, un'azienda tedesca, ha lanciato questo software di metrologia.
CMM ottiche portatili
Ulteriori progressi hanno portato alle CMM ottiche portatili. Il risultato è stato un miglioramento dell'efficienza, della portabilità e dell'accuratezza.
Con l'aggiunta di innovazioni al sistema, la tecnologia delle CMM diventa sempre più avanzata. I sistemi di tastatura senza contatto basati sul laser offrono nuove opportunità operative.
Le moderne capacità delle CMM
- Misura multisensore: Combina le sonde a contatto con la scansione ottica e laser. Cattura tolleranze strette, spigoli vivi e superfici a forma libera in un'unica operazione.
- Allineamento CAD e GD&T: Allinea i pezzi al CAD, valuta la GD&T e genera rapporti chiari e condivisibili per le revisioni e i clienti.
- Prontezza in officina: I bracci portatili e le CMM da officina gestiscono il calore, le vibrazioni e il lavoro con modelli misti in prossimità della produzione.
- Automazione e velocità: Le teste motorizzate, i rack di sonde e le routine scriptate riducono i tempi di impostazione e gli interventi dell'operatore.
- Risultati affidabili: Produce dati tracciabili e ripetibili che i team possono confrontare tra linee, impianti e fornitori.
L'impatto della moderna tecnologia CMM
Le moderne CMM abbreviano i cicli di lancio e riducono gli scarti. I controlli in corso d'opera individuano precocemente le derive, in modo che i team riparino gli utensili prima che i difetti si diffondano. I programmi basati su CAD e i cruscotti SPC migliorano le decisioni e dimostrano la capacità ai clienti. Gli utensili, gli stampi e le attrezzature per grandi volumi possono essere verificati sul posto, riducendo i tempi di montaggio e trasporto. I sistemi portatili e robotizzati supportano la produzione di modelli misti senza fermare la linea. In generale, le officine ottengono una maggiore resa al primo passaggio, audit più puliti e PPAP più rapidi con meno rilavorazioni.
Sfide e limiti
Le CMM hanno ancora bisogno di un fissaggio stabile, di pezzi puliti e di buone strategie di riferimento. Spostamenti termici, vibrazioni e una programmazione inadeguata possono erodere la precisione. Le sonde complesse e le configurazioni multisensore aumentano le esigenze di formazione. Inoltre, aumentano i costi di manutenzione.
La produttività può essere bloccata quando le scansioni sono troppo dense o i programmi non sono ottimizzati. Un altro rischio è il sovraccarico di dati, se i risultati non sono filtrati, monitorati e collegati alle azioni. L'integrazione con MES/PLM e il controllo delle versioni devono essere ben gestiti per mantenere una "singola fonte di verità".
Prospettive future
Le CMM si stanno orientando verso un utilizzo più intelligente, più veloce e più connesso. Ci aspettiamo un maggior numero di array di sensori multipli, scansioni a velocità più elevata e una maggiore compensazione in officina. L'intelligenza artificiale suggerirà percorsi, individuerà i valori anomali e metterà a punto il campionamento per l'ispezione basata sul rischio.
I gemelli digitali collegheranno progettazione, processi e misurazioni per fornire un feedback in tempo reale sulle tolleranze. Le CMM portatili e robotizzate amplieranno i controlli in situ, mentre la reportistica in cloud standardizzerà la qualità in tutti gli stabilimenti. L'obiettivo è semplice: misurare più vicino alla produzione, decidere prima e mantenere la qualità prevedibile su scala.
Conclusione
Per concludere, l'avanzata tecnologia CMM che vedete oggi è il risultato di una storia meravigliosa. È legata a un'innovazione continua, a misure precise e a un sistema di controllo della qualità. Tuttavia, l'innovazione non finisce qui: continuerà a evolversi. Influenzerà i futuri processi industriali e ci aiuterà a trovare modi per migliorare la precisione. Con l'applicazione diffusa di queste macchine in tutti i settori industriali, le CMM segnano un futuro più luminoso.